Na avion koji leti u vertikalnoj ravni, bez bočnih uticaja, deluju tri sile kada se posmatra kao materijalna tačka: zemljina teža, potisak motora i reakcija vazduha. Reakcija vazduha se dalje, radi pogodnosti, deli na komponentu u pravcu leta, otpor (
), i normalno na pravac leta, uzgon (
). Za klasične avione, uzgon i otpor se mogu predstaviti ovako:
gde je
gustina vazduga,
brzina leta,
neka
dogovorena referentna površina (površina krila uz neka uprošćenja), a
i
bezdimenzioni koeficijenti uzgona i otpora, koji, ugrubo, zavise od oblika aviona (krila, trupa, repa, njihovog razmeštaja...) i otklona podužne ose aviona u odnosu na pravac leta (napadnog ugla) ali ne od veličine aviona (
služi kao faktor veličine).
Ako avion leti približno horizontalno, uzmemo da potisak motora
dejstvuje tačno u pravcu leta, a težina aviona je
, onda dobijamo dve jednačine ustaljenog leta:
Drugim rečima, da bi avion leteo ustaljenom brzinom i visinom, zemljina teža se uravnotežava uzgonom, a otpor vazduha potiskom motora.
Iz jednačine po uzgonu možemo dobiti izraz za brzinu leta, koji kad uvrstimo u jednačinu po otporu, dobijamo i izraz za
potrebni potisak motora na toj brzini:
Pošto su
i
veličine koje ne zavise od aviona, već okruženja u kojem leti, onda iz prve jednačine za brzinu možemo reći da je minimalna brzina horizontalnog leta:
Iz jednačine za
vidi se da je minimalna brzina to niža što je manja masa aviona
, veća referentna površina
(veća krila) i veći maksimalni koeficijent uzgona
. Malu masu aviona postižemo štedljivom konstrukcijom: svaki element da bude tek dovoljno čvrst da izdrži očekivana opterećenja, upotrebom lakih materijala (poput kompozita). Krila se očigledno mogu uvek povećati, međutim, veća krila znače i veću masu aviona; dakle, mala masa i velika površina krila su oprečni zahtevi, pa treba zapravo imati
. Veliki koeficijent uzgona postiže se oblikom krila, oblikom aeroprofila (poprečnog preseka krila), i na razne druge načine (zakrilca, pretkrilca, upravljanje graničnim slojem...); za praktične avione,
je reda veličine 3. Opet, dopunski elementi konstrukcije radi izvođenja što većeg
povećavaju masu aviona, tako da, na kraju, treba imati
.
Međutim, za datu najmanju brzinu treba zadovoljiti i jednačinu za
. Ova vrednost treba da bude što manja zbog mase aviona, jer što je veća to je potreban jači, odnosno teži motor. Problem je što
nije nezavisno od
, i to tako da odnos
nije najmanji pri
(štaviše, tada je poprilično veliki u odnosu na najmanji). To znači da moramo imati dovoljno jak motor da izgura avion na minimalnoj brzini, dakle protivno zahtevu što manje mase aviona.
I tako, projektant aviona meandrira: „Aha, ova stvarčica na krilu će mi povećati
, odlično... Čekaj, a koliko povećava masu? Koliko povećava otpor? Da li će mi trebati jači motor? Koliko će to da košta...“
Problem se uvećava kada se uzme u obzir da avion ne treba samo da leti sporo (obično bitno radi što kraćeg poletanja i sletanja), već i da preleti određeno rastojanje (dolet), učini to štedljivo (potrošnja goriva), prenese nešto (korisni tovar), i šta sve još. Svaki od ovih ciljeva uspostavlja neke oprečne zahteve — zato i imamo različite avione.
Sta je bitno da bi avion mogao leteti sto sporije?
Re: Sta je bitno da bi avion mogao leteti sto sporije?
